¿Qué es la lisozima?
La lisozima es una enzima hidrolítica ampliamente distribuida en la naturaleza, capaz de hidrolizar los enlaces glucosídicos del peptidoglucano en la pared de las bacterias. Están presentes en plantas y animales y funcionan como mecanismo de defensa contra infecciones bacterianas.
El descubrimiento de estas enzimas se remonta a 1922, cuando Alexander Fleming se dio cuenta de que existía una proteína que tenía la capacidad catalítica de lisar bacterias en algunos tejidos y secreciones humanos.
Gracias a su fácil obtención y a su pequeño tamaño, la lisozima fue una de las primeras enzimas secuenciadas y cuya estructura fue determinada a través de rayos X. En la actualidad, se emplea como sistema modelo en química, enzimología, cristalografía y biología molecular de proteínas.
La lisozima es una enzima “bacteriolítica” que se especializa en la hidrólisis de los enlaces glucosídicos β-1,4 formados entre el ácido N-acetilmurámico y la N-acetilglucosamina presentes en la pared celular de peptidoglucano, que está especialmente expuesto en las bacterias grampositivas.
Tiene diversas funciones, tanto digestivas como inmunológicas, en todos los organismos donde se expresa, y se usa como recurso biotecnológico con varios fines.
Características de la lisozima
– Función. Actúa como un agente antimicrobiano, ayudando en la defensa del cuerpo contra las infecciones. Su función principal es la de degradar la pared celular de bacterias grampositivas.
– Sustrato. Ataca específicamente las bacterias al actuar sobre los enlaces peptidoglicanos de su pared celular.
– Ubicación. Se encuentra en varios fluidos corporales, como la saliva, las lágrimas y las secreciones nasales. También está presente en ciertos tipos de células, como los glóbulos blancos.
– Estructura. Es una proteína con una estructura tridimensional específica. Contiene alrededor de 129 aminoácidos y tiene un peso molecular relativamente bajo.
– Resistencia a la temperatura. Es relativamente resistente a temperaturas moderadas, y puede conservar su actividad incluso después de la cocción de alimentos.
– Actividad óptima. Su actividad es óptima en ambientes ligeramente ácidos. Este entorno ácido se encuentra, por ejemplo, en el estómago y en los lisosomas de las células.
– Producción. Se produce en diversos tejidos y células del cuerpo, como glándulas salivales, células del sistema inmunológico y otros tejidos epiteliales.
– En plantas. Las lisozimas de origen vegetal hidrolizan sustratos similares a los que emplean otras enzimas muy relacionadas, conocidas como quitinasas, por ello también pueden hidrolizar enlaces en la quitina, aunque con menor eficiencia.
Tipos de lisozimas en los animales
Al menos tres tipos de lisozimas se han descrito en el reino animal: las lisozimas tipo C (“C” de “convencional” o de chicken, que significa pollo en inglés), las tipo G (“G” de goose, que significa ganso en inglés) y las tipo I (“I” de “invertebrados”).
Las tres clases de lisozimas se diferencian entre sí respecto a sus secuencias aminoacídicas, a sus características bioquímicas y a sus propiedades enzimáticas.
- Lisozimas tipo C. Estas lisozimas son consideradas las enzimas “modelo” de esta familia, puesto que han servido para los estudios de estructura y función. Se conocen como tipo “C”, del inglés chicken, puesto que fueron aisladas por primera vez de la clara de huevos de gallina. En esta clase se encuentran las lisozimas producidas por la mayoría de los vertebrados, especialmente aves y mamíferos. También incluye enzimas presentes en algunos artrópodos, como lepidópteros, dípteros, algunos arácnidos y crustáceos. Son enzimas pequeñas, pues tienen un peso molecular que no supera los 15 kDa. Son proteínas básicas con altos puntos isoeléctricos.
- Lisozimas tipo G. La primera lisozima de este tipo fue identificada en la clara de huevo de un ganso y está presente en numerosas especies de aves, como gallinas, cisnes, avestruces, casuarios y otros. En algunos casos, las lisozimas de tipo G son más abundantes que las lisozimas de tipo C en las claras de los huevos de ciertas aves, mientras que en otros ocurre lo contrario, las lisozimas de tipo C son más abundantes. Estas lisozimas también están presentes en moluscos bivalvos y en algunos tunicados. Son proteínas un poco más grandes que las de tipo C, pero su peso molecular usualmente no excede los 25 kDa.
- Lisozimas tipo I. Estas lisozimas están presentes primordialmente en animales invertebrados. Su presencia ha sido determinada en anélidos, equinodermos, crustáceos, insectos, moluscos y nemátodos, y está ausente en mamíferos y otros vertebrados. Tienen puntos isoeléctricos más ácidos que los de las proteínas de tipo C y tipo G.
Estructura de las lisozimas
Los tres tipos de enzimas animales descritos anteriormente presentan estructuras tridimensionales bastante similares.
La lisozima de los humanos es una lisozima tipo C y fue la primera en ser estudiada y caracterizada estructuralmente. Es una pequeña proteína de 130 residuos aminoacídicos y está codificada por un gen ubicado en el cromosoma 12, que posee 4 exones y 3 intrones.
Su estructura se divide en dos dominios: uno conocido como dominio α y otro como dominio β. El dominio α está compuesto por cuatro hélices alfa, y el dominio β está formado por una lámina β antiparalela y un bucle de gran tamaño.
El sitio catalítico de la enzima se encuentra en la hendidura que se forma entre ambos dominios y para la unión con el sustrato posee residuos de ácido glutámico y ácido aspártico. Además, posee al menos seis “subsitios”, conocidos como A, B, C, D, E y F, capaces de unirse a seis residuos consecutivos de azúcares.
Funciones de la lisozima
- Actividad antibacteriana. Su función principal es actuar como agente antimicrobiano, especialmente contra las bacterias. Rompe los enlaces peptidoglicanos en la pared celular bacteriana, debilitando la estructura y llevando a la lisis de la bacteria. Esta actividad ayuda a prevenir la proliferación bacteriana y contribuye a la defensa contra las infecciones.
- Protección de superficies mucosas. Se encuentra en fluidos como saliva, lágrimas y secreciones nasales, donde puede proporcionar una barrera adicional contra las infecciones. Por ejemplo, las lágrimas contienen lisozima que protegen la superficie del ojo.
- Inmunidad en el tracto gastrointestinal. La lisozima presente en la saliva también contribuye a proteger contra patógenos que ingresan al cuerpo a través de la boca. Además, está involucrada en la protección de la mucosa gastrointestinal.
- Actividad en los lisosomas. Participa en la actividad de los lisosomas, orgánulos celulares encargados de la digestión intracelular. En este contexto, la lisozima ayuda a degradar componentes celulares y materiales extraños.
- Defensa de las vías respiratorias. La lisozima presente en las secreciones respiratorias, como el moco, ayuda a proteger contra infecciones en las vías respiratorias.
- Participación en la flora bacteriana. También puede desempeñar un papel en el mantenimiento del equilibrio de la flora bacteriana en diversas superficies del cuerpo, como la piel y las mucosas, al limitar el crecimiento de ciertos tipos de bacterias.
- Función del sistema inmune. En conjunto con otras enzimas similares, las lisozimas pueden actuar tanto sobre bacterias grampositivas como gramnegativas, por lo que pueden considerarse parte del sistema inmune antibacteriano de diferentes clases de organismos. En los glóbulos blancos presentes en la sangre de los mamíferos, estas enzimas tienen importantes funciones en la degradación de los microorganismos invasores, por lo que son esenciales para el sistema inmune de humanos y otros mamíferos. Las lisozimas en las plantas cumplen esencialmente las mismas funciones que en los animales que las expresan, puesto que están como primera línea de defensa contra patógenos bacterianos.
- Función en la industria. En la industria actual se reconoce como un potente bactericida y se emplea para la preservación de alimentos y fármacos. Gracias a la reacción que catalizan estas enzimas, pueden actuar sobre distintas poblaciones bacterianas y alterar la estabilidad de sus paredes, lo que se traduce posteriormente en la lisis celular.
Referencias
- Callewaert, L., & Michels, W. Lysozymes in the animal kingdom. J. Biosci.
- Merlini, G., & Bellotti, V. Lysozyme: A paradigmatic molecule for the investigation of protein structure, function and misfolding. Clinica Chimica Acta.
- Mir, A. Lysozyme: a brief review. Postgraduate Medical Journal.
- Sahoo, N. R., Kumar, P., Bhusan, B., Bhattacharya, T. K., Dayal, S., & Sahoo, M. Lysozyme in Livestock: A Guide to Selection for Disease. Journal of Animal Science Advances.
- Wohlkönig, A., Huet, J., Looze, Y., & Wintjens, R. Structural Relationships in the Lysozyme Superfamily: Significant Evidence for Glycoside Hydrolase Signature Motifs. PLoS One.